KNX / EIB

Sériová komunikácia proces prenosu dát po jednotlivých bitoch (sekvenčne) pomocou komunikačného kanála alebo zbernice. Je v priamom protiklade s paralelnou komunikáciou, pri ktorej je niekoľko bitov posielaných naraz linkou obsahujúcou niekoľko paralelných prenosových kanálov.

Sériová zbernica používa na prenos dát a riadenia zbernice jeden alebo viac vodičov. Po fyzikálnej stránke sa dátové informácie prenášajú za pomoci zmeny elektrického napätia alebo zmeny elektrického prúdu.

Realizácia pomocou zmeny napätia je jednoduchšia. Realizácia prenosu dátových informácií za pomoci zmeny prúdu je zložitejšia, ale má väčšiu odolnosť proti elektromagnetickému rušeniu. Riadenie zbernice, je realizované pomocou samostatných signálových vodičov alebo spolu s dátami prenášané jedným signálom. Sériová zbernica KNX/EIB zabezpečuje komunikáciu medzi prvkami elektroinštalácie inteligentných.

ŠTANDARD KNX

KNX je logickým vyústením požiadaviek na implementáciu tradičných a nových ná
rokov na elektrické inštalácie a nahradzuje klasické inštalačné metódy. Inteligentné prístroje komunikujú po zbernici, efektívne riadia štandardne známe funkcie a ponúkajú široký rozsah rozšíriteľných možností, ktoré by nebolo možné realizovať iným spôsobom než spomínaným zbernicovým systémom.

Jedná sa o prvý medzinárodný štandardizovaným systém pre automatizáciu budov, zodpovedajúci požiadavkám medzinárodnej normy ISO/IEC 14543-3, európskym normám CENELEC EN 50090, CEN EN 13321-1 a 13321-2, čínskej norme GB/Z 20965 a norme USA ANSI/ASHRAE 135. KNX predstavuje zreteľne definovanú systémovú platformu, ktorej produkty vyrobené rôznymi výrobcami navzájom komunikujú a spolupracujú.

Systém KNX je schopný zaručiť sieťové spojenie a vzájomnú súčinnosť a kompatibilitu predradenými a následne zaradenými prvkami.

Na projektovanie, inžiniering a uvádzanie inštalácií do prevádzky slúži nástroj ETS. Výrobcovia KNX technológie podporujú odborníkov pri projektovaní elektroinštalácií, ich uvádzaní do prevádzky a údržbe. K dispozícii sú rozsiahle možnosti školenia v certifikovaných školiacich strediskách pre začiatočníkov, ale aj pre pokročilých používateľov. Samotná asociácia KNX eviduje stovky medzinárodne certifikovaných výrobcov.

FUNKCIA

Systém KNX/EIB spĺňa najvyššie nároky na moderné riadenie v objektoch. Vďaka decentralizovanej architektúre je možné systém zmysluplne inštalovať v malých priestoroch a veľkých objektoch. Každý zbernicový prvok disponuje vlastným mikroprocesorom (vlastnou inteligenciou). Centrálna riadiaca jednotka neexistuje.

CHARAKTERISTIKY

KNX technológie podporuje viac než 215 výrobcov z celého sveta
Zbernica eliminuje množstvo silovej kabeláže (klesá požiarne riziko)
Bezpečnosť a komfort rastie s použitou hodnotou zbernicového napätie 29V
Vzájomná komunikácia
Rýchlosť prenosu dát závisí od použitého média
Možnosť prepojenia s inými systémami
Úspora energie
Rôzne konfigurácie (easy mode x system mode)
Ovládanie osvetlenia
Zabezpečovacie systémy EZS EPS
Správa audio/video techniky
Riadenie HVAC
Riadenie motorov
Správa systému na diaľku
Správa bazénovej technológie
Zavlažovanie areálu
ďalšie

ŠTRUKTÚRA SYSTÉMU

1. Fyzická vrstva

Fyzická vrstva je určená na prevod kódov v binárnom tvare na signál, ktorý bude prenášaný médiom. Súčasťou uvedenej vrstvy sú parametre prenosových médií, modulácia, časové požiadavky na komunikáciu, vybavenie paketov štartovacími a ukončovacími bitmi a ďalšie.

Hlavnými využívanými médiami pre prenos dát medzi prvkami systému sú:

Twisted Pair (KNX.TP) – je najrozšírenejším prenosovým médiom. Typicky používanými káblami pre takéto rozvody sú YCYM 2x2x0,8, J-Y(St) Y 2x2x0,8. Jeden pár vedenia sa používa na napájanie prvkov a komunikáciu medzi nimi. Druhý pár sa označuje ako rezervné káble, ktoré slúžia na doplnkové napájanie prvkov.

Power Line (KNX.PL)- jedná sa o komunikáciu prostredníctvom silových vedení , ktorá je používaná hlavne pri rekonštrukcii budov. Nevýhodou takýchto riešení je zhoršený prenos takéhoto signálu kvôli zlému pomeru signál/šum, čím stúpajú nároky na zabezpečenie takejto komunikácie a je nevyhnutné použitie bezpečnostného kódu. Kvôli nebezpečenstvu straty telegramov pri prenose týmto médiom nie je povolené využívanie uvedeného riešenia v prípadoch, kedy by takáto strata mohla spôsobiť nebezpečné udalosti.

Okrem uvedených dvoch typov médií, sa používajú:
– Rádiový prenos (KNX.RF)
– Ethernet (XNXnet/IP)
– Optické vlákna
Ich uplatnenie sa nachádza pri špecifických prípadoch keď si to buď dané riešenie vyžaduje, alebo nie je z nejakého dôvodu možné použiť klasickú krútenú dvojlinku.

Okrem prenosových médií existuje možnosť prepojenia systému KNX/EIB s inými systémami prostredníctvom komunikačných brán napríklad pre:
-ISDN
– M-Bus
– DALI
– Luxmate
– a ďalšie …

2. Linková vrstva

Jej úlohou je zabezpečiť o riadenie prístupu na médium a základné nadviazanie vzájomnej komunikáciu. Usporadúva dáta prijímané z fyzickej vrstvy do rámcov a odosielanie rámcov na fyzickú vrstvu. Prevedenie linkovej vrstvy je vo vzťahu s prenosovým médiom, na ktorom má prvok pracovať.

3.Sieťová vrstva

Jej primárne využitie spočíva v dvoch typoch zariadení:
– smerovače
– sieťové spojky

4. Transportná vrstva

Transportná vrstva napomáha zaisťovať trvalé a spoľahlivé spojenie medzi dvoma zariadeniami v KNX sieti. Spojenie sa uzatvára, trvá a ukončuje. Stavové spojenie zaručuje, že pakety prejdú spojením v správnom poradí a v správnom počte.

5. Relačná a prezentačná vrstva

Uvedené dva typy vrstiev sa nevyužívajú.

6. Aplikačná vrstva

Napomáha vytvoreniu rozhrania užívateľa, ktorému poskytuje služby a aplikačné procesy odlišujúce sa podľa zvoleného typu komunikácie.

TOPOLÓGIA SIETÍ

Možnosti zapájania jednotlivých prvkov sú flexibilné, KNX ponúka líniovú, hviezdicovú alebo stromovú štruktúru. Každý prvok inštalácie na svoje pripojenie k systému obsahuje dvojpólové štvornásobné svorkovnice, na ktorých môžeme líniu rozvetviť do štyroch smerov. Jednotlivé línie môžu obsahovať maximálne štyri segmenty napájané zdrojom. V jednom segmente môže byť zapojených 64 prvkov. Segmenty sa medzi sebou prepájajú prostredníctvom tzv. repeateru.

Celkový systém je možné prostredníctvom chrbtovej línie, na ktorú je možné napojiť 15 oblastí. Každé zariadenie výslednej siete je schopné vymieňať si medzi sebou informácie prostredníctvom telegramov.

Maximálna dĺžka vodičov v rámci jednej línie je 1000m.
Maximálna vzdialenosť medzi dvoma susednými prvkami je 700m.
V prípade že je prístroj napojený po zbernici, nesmie sa od susedného prvku nachádzať ďalej ako 350m.
V prípade, že by tieto maximálne vzdialenosti v systéme neboli dodržané mohlo by dochádzať k strate dát pri komunikácii, čo by zapríčinilo nefunkčnosť systému.

Stromová hierarchia:

Oblasť (max 16)
Línie (max 16)
Účastník (64-256)
Líniový opakovač, líniová spojka, oblastná spojka, routingové číslo

KOMUNIKÁCIA

ADRESOVANIE

V rámci distribuovaného systému KNX je potrebná komunikácia veľkého počtu prvkov. Jednotlivé prvky komunikujú na základe dvoch priradených adries.

Prvou z nich je 16 bitová individuálna adresa, ktorá jasne definuje konkrétny prvok a určuje jeho presné umiestnenie v rámci celej siete a je unikátna pre každý prvok systému. Druhou adresou je tzv. skupinová adresa. Komunikácia jednotlivých zariadení je smerovaná práve prostredníctvom uvedených 16 bitových adries.

Pri projektovaní systému môže byť zvolená buď dvoj alebo troj úrovňová štruktúra adresy. Dvojúrovňová adresa v sebe obsahuje 4 bitové označenie hlavnej skupiny a 11 bitové označenie podskupiny prvku. Pri trojúrovňovej štruktúre je to 4 bitové označenie hlavnej skupiny, 3 bitové označenie strednej skupiny a 8 bitové označenie podskupiny.

Adresovanie účastníkov /individuálne adresy

Trojúrovňové adresy: Oblasť. Línia. Účastník
4 4 bity. 8.bitov
Vložená do prístroja projektu ETS 3
Topologická štruktúra
Identifikácia prístroja

Adresovanie účastníkov/ skupinové adresy

Dvojúrovňové alebo trojúrovňové
skup/Str.skup/Podskupina
4 bity/ 3 bity/ 8 bitov
Reprezentuje funkčné väzby
Komunikácia prístrojov na zbernici

TELEGRAM TP1

Telegram sa skladá zo špecifických informácií poskytujúcich potrebné informácie o udalosti, následkom ktorej bol daný telegram vyslaný. Celý telegram je vysielaný vo forme osem bitových znakov.

Telegram obsahuje nasledovné polia:

1. Kontrolné pole- obsahujúce informácie o priorite telegramu. Nachádza sa tu aj bit s informáciou o tom, či je telegram vysielaný opakovane z dôvodu neprijatia príznaku ACK
2. Zdrojová adresa- obsahuje individuálnu adresu odosielateľa telegramu
3. Cieľová adresa -obsahuje individuálnu alebo skupinovú 16 bitovú adresu cieľového zariadenia, sedemnásty bit 33 definuje druh adresy, ktorá je v telegrame definovaná.1- indikuje skupinovú adresu a telegram bude doručený všetkým preddefinovaným účastníkom. 0-indikuje individuálnu adresu, ktorá sa využíva pre doručenie systémových telegramov jednému účastníkovi.
4. Routingový čítač -Komunikácia v rámci siete je omnoho rýchlejšia. V prípade že sa telegram dostane na coupler a hodnota routingového čítača je väčšia ako 0, prechádza telegram cez coupler bez kontroly vo filtračnej tabuľke a pokračuje ďalej do línie. Hodnota routingového čítača sa nadstavuje počas programovania projektu.
5. Dĺžka – veľkosť uvedených informácií
6. Užitočné informácie – obsahujú konkrétny príkaz ktorý sa má vykonať
7. Kontrolný byte– ide o skupinu bitov overujúcich správnosť doručenej informácie.

PRIEBEH KOMUNIKÁCIE

Telegramy sú vysielané po zbernici rýchlosťou závislou na druhu komunikačného média. V prípade udalosti, prvok na ktorom udalosť vznikla vyhodnotí obsadenosť zbernice. V prípade, že je zbernica voľná odošle telegram.

Prvok prijímajúci vysielaný telegram ho po jeho úplnom prijatí skontroluje a v prípade správneho doručenia vyšle potvrdenie o správnom prijatí tzv. ACK. V prípade, že nastala chyba v komunikácii príjemca odošle potvrdenie NAK, ktorým signalizuje žiadosť o opätovné odoslanie telegramu.

Komunikácia –dátový telegram

UART dátové pakety
Ošetrenie kolízie mechanizmom CSMA/CA
Dominantné/recesívne bity
Detekcia chýb

Komunikácia spätné hlásenia

ACK: prijaté
NACK: neprijaté
BUSY: nespracované
3 pokusy o doručenie

Systémové prvky

Ich úlohou je zaisťovať základné funkcie celého systému a ovplyvňovať interakcie senzorov a riadiacich prvkov.

Radíme sem:

1. Riadiace prvky – výkonné prvky zaisťujúce vykonávanie a riadenie operácií na základe informácií zo zbernice. Patria sem spínacie prvky, binárne výstupy stmievače, analógové výstupy, pohony ventilov .
2. Senzory – prístroje zabezpečujúce interakciu systému a okolia. Reagujú na udalosti v systéme a pri ich detekcii vysielajú na zbernicu správu o tejto udalosti. Medzi senzory patria tlačidlové spínače, dotykové displeje, pohybové snímače, meteo stanice, detektory prítomnosti.

Zbernicová spojka ( BCU – bus coupling unit ) a aplikačný modul sa môžu nachádzať oddelene, kedy musia byť oba komponenty od rovnakého výrobcu, alebo v jednom puzdre. Zbernicová spojka je ku aplikačnému modulu pripojená prostredníctvom aplikačného rozhrania, ktoré zabezpečuje ich vzájomnú komunikáciu a napájanie aplikačného modulu.

Zbernicové zariadenie má svoju vlastnú inteligenciu práve vďaka zbernicovej spojke, ktorá je jadrom celého zariadenia a skladá sa z dvoch základných častí
– kontroléra
– vysielaču vhodnému

V prípade aktoru, zbernicová spojka prijíma telegramy zo zbernice, dekóduje ich a dáva aplikačnému modulu informáciu, ktorý na základe tejto vykonáva prislúchajúcu operáciu.
V prípade senzoru, zbernicová spojka v určitých intervaloch kontroluje stav aplikačného modulu a na základe tohto stavu vysiela na zbernicu zakódovanú informáciu udalosti, ktorá nastala na senzore.

Napájací zdroj

Slúži na generovanie zbernicového napätia pre linku KNX/EIB. Všetky dostupné napájacie zdroje obsahujú tlmivku pre oddelenie napájacieho zdroja od zbernice. Počet komponentov, ktorý je možný napojiť na líniu napájanú zdrojom je závislý od výstupného prúdu daného zdroja z čoho vyplýva, že použitý zdroj je potrebné dimenzovať na základe celkového prúdového odboru

KNX/USB

USB rozhranie je jednou z dvoch možností pripojenia počítača k zbernici. Následne je možné počítač využívať na programovanie prvkov inštalácie špecializovaným programovacím softvérom ETS či na vizualizáciu a spravovanie systému.

Líniová spojka

Jej primárnou funkciou je spojenie dvoch línií a ich elektrické oddelenie. Sekundárnou funkciou líniovej spojky, ktorou sa odlišuje od repeateru je filtrovanie telegramov. Líniová spojka obsahuje filtračnú tabuľku, v ktorej sa nachádzajú telegramy, ktorým je povolený prechod cez túto líniovú spojku. V prípade, že na líniovú spojku prichádza telegram, ktorý sa nenachádza vo filtračnej tabuľke, nie je mu umožnený prechod cez líniovú spojku do ďalšej časti siete. Uvedenou funkciou predchádzame zahlteniu siete nepotrebnými telegramami.

IP router

Druhým spôsobom pripojenia počítača ku zbernici KNX/EIB sú tzv. IP routery. IP router je možné použiť ako druh líniovej spojky, keď je ako prenosovým médiomFTP kábel a komunikácia prebieha prostredníctvom KNX/IP protokolu. Spomenuté prepojenie hlavných línií sa používa hlavne pri rozsiahlejších projektoch a jednou z najväčších výhod je väčšia rýchlosť komunikácie.

Telefónne rozhranie

Na prepojenie telefónnej siete so systémom KNX/EIB slúži telefónne rozhranie. Vďaka nemu je možné zasahovať do systému zvonku, čím je systém schopný poskytovať hlásenia o rôznych udalostiach ktoré v ňom nastanú. Jedná sa o kritické stavy niektorých technológií pracujúcich v budove- ústredné kúrenie, klimatizácia či vzduchotechnika, alebo udalosti ktoré oznamujú ohrozenie budovy – signál o narušení budovy atď.

KONFIGURÁCIA KNX – ETS 3

Engineering Tool Software 3
system mode vs. easy mode
aplikácie a parametrizácia zariadení
topológia a tvorba skupín
monitoring sieti

Tlačidlá a tlačidlové panely

Sprostredkúvajú možnosť ovládania systému – svietidiel, žalúzií, nadstavenie teploty, volanie scén, atď. Existuje nespočetné množstvo dostupných dizajnov a typov tlačidiel. Exitujú jedno/dvoj/trojtlačidlové ovládače.

V týchto ovládačoch sú mnohokrát integrované viaceré zariadenia ako termostaty či prijímače IR signálu, displeje, otočné ovládače a ďalšie. V praxi nastávajú prípady, kedy nie je nutné do niektorých miestností použiť zbernicové tlačidlo, nakoľko jeho využiteľnosť funkcií by bola minimálna Do inštalačnej krabice pod tlačilo sa v uvedenom prípade vloží modul binárnych vstupov (2 alebo 4 binárne vstupy), na ktorý je dané tlačidlo pripojené. Pomocou tohto modulu dostávame informáciu o stlačení tlačidla priamo do systému KNX/EIB.

Binárne vstupné moduly

Jednou z možností využitia binárnych modulov je ich použitie na sprostredkovanie komunikácie s inými systémami. Moduly binárnych vstupov sú dostupné buď ako tzv. tlačidlové rozhrania, kedy sú vkladanédo inštalačných krabíc, alebo ako klasické moduly do rozvádzača na DIN lišty. V prípade tzv. tlačidlových rozhraní sú to 2 alebo 4 vstupové moduly, v prípade modulov do rozvádzača sú to 4,8,12 vstupové moduly.

Analógové vstupné moduly

Zaznamenávajú a spracovávajú signály z analógových snímačov. Prostredníctvom spomínaných modulov vieme sledovať napäťové signály (0-1V, 0-10V) či prúdové signály (0-20mA, 4-20mA). Takéto signály sú využívané aj v priemyselnej automatizácii .

Brány

Komunikačné brány sú určené na prepojenie systému KNX/EIB s inými systémami. Jedná sa o prevodníky jedného komunikačného štandardu na druhý. Medzi prevodníky tohto typu zaraďujeme vyššie spomínané USB rozhrania, KNX/IP routery či telefónne rozhrania.

Ďalšími prevodníkmi sú:

KNX/Dali (Digital Addressable Lightning Interface) –riadenie osvetlenia
KNX/Belkin, KNX/Mitsubisi, KNX/Samsung, KNX/LG a ďalšie – prepojenie systému KNX so systémami VZT
KNX/LON, KNX/BACnet – prevodníky na iné systémy využívané pri automatizácií budov
KNX/ASCI – prevodník pre pripojenie systému KNX na ASCI server
KNX/RS232

Spínacie jednotky

Časové spínacie hodiny slúžia k časovo závislému spínaniu akčných členov KNX/EIB. Existujú spínacie jednotky s denným, týždenným a ročným programom. Presný čas na časovej spínacej jednotke sa nadstavuje buď ručne, alebo pomocou rádiového signálu DCF77.

Jeden z mála parametrov, v ktorom sa tieto zariadenia líšia je počet spínacích kanálov, na jednu anténu DCF77 je možné napojiť maximálne 10 spínacích časových jednotiek.

Spínacie akčné členy slúžia na nezávislé spínanie 2 – 12 záťaží za pomoci spínacích kontaktov. Počet spínaných kanálov je odlišný v závislosti od konkrétneho typu spínacieho akčného člena. Typ spínacieho akčného člena je volený nielen na základe počtu kanálov ktoré ma daný akčný člen možnosť spínať, ale aj na základe príkonu spínaných spotrebičov.

Logické a aplikačné moduly

Logické a aplikačné moduly sú využívané v inštaláciách KNX/EIB pre vykonávanie obtiažných funkcií vykonávaných na základe viacerých podmienok. Spravidla obsahujú logické moduly (AND, OR, XOR, NOT), filtre a časovače, konvertory a multiplexory atď.

OPTIMALIZÁCIA SPOTREBY ENERGIE

Energia sa spotrebováva len v čase nutnosti
Spotrebuje sa iba aktuálne požadované množstvo energie
Spotrebovaná energia je využitá s najvyššou účinnosťou
Šetrenie v dvojcifernej percentuálnej hodnote